PPT《2.7 光电式检测元件》

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7 光电式检测元件 光电式检测元件是一种将光信号转换为电信号的元件,其物理基础是光电效应 测量时,被测量的变化转换成光信号的变化,从而引起电信号的相应变化 2.7 光电式检测元件 2.7.1光电效应 什么是光电效应:光电效应是指光照射到物质上引起其电特性(电子发射、电导率、电位、电流等)发生变化的现象. 光电效应分为:外光电效应和内光电效应 (1)外光电效应 在光线作用下,使其内部电子逸出物体表面的现象称为 外光电效应.光电管、光电倍增管是基于外光电效应的器件.外光电效应服从以下规律:当入射光谱成分不变时,光电流大小与入射光强度成正比光电子的最大动能与入射光的频率成线性关系,而与入射光的强度无关. 光电子能否产生取决与入射光频率的高低.与入射光的强度无关.光电管即使没有阳极电压,由于光电子有初始动能,也会产生光电流(2)内光电效应 物体在光线作用下,其内部的原子释放电子,但这些电子并不逸出物体表面,而仍然留在内部,从而导致物体的电阻率发生变化或产生电动势,这种现象称为内光电效应.~引起电阻率变化―光电导效应:如光敏电阻~ 产生电动势―光生伏特效应:如光电池、光敏二极管、光敏三极管 2.7.1光电效应 2.7 光电式检测元件 2.7.2光电器件的基本特性(1)光谱灵敏度 为光电器件输出光电流 ;

为入射光辐射通量 相对光谱灵敏度 积分灵敏度 光电器件对连续光通量的反应称为积分灵敏度 2.7 光电式检测元件 (2)光照特性 当光电器件加上一定的外加电压时,其输出光电流(或端电压)与入射光照度之间的关系称为光照特性 (3)频率特性 光电器件的相对光谱灵敏度(或输出光电流、端电压)随入射光通量频率变化的频率特性 (4)温度特性 环境温度变化后,光电器件的光学性质也随之变化,这种现象称为光电器件的温度特性. 2.7 光电式检测元件 2.7.3光敏元件及特性 2.7.3.1光敏电阻及特性(1)光敏电阻的主要参数 暗电阻:没有光照时的电阻.一般为1~100MΩ亮电阻 :有光照时的电阻. 一般几k Ω暗电流:没有光照时流过光敏电阻的电流.亮电流:有光照时流过光敏电阻的电流光电流=亮电流-暗电流 2.7.3.1光敏电阻及特性 (2)光敏电阻的基本特性 光照特性、伏安特性 、光谱特性 、温度特性 光照特性:光电流与光照强度关系,为非线性 E/lx 光敏电阻的光照特性 2.7.3.1光敏电阻及特性 伏安特性:光敏电阻两端所加电压与光电流的关系.为线性. 光敏电阻的伏安特性 2.7.3.1光敏电阻及特性 光敏电阻的光谱特性 光敏电阻温度特性 2.7.3光敏元件及特性 2.7.3.2 光电池及特性(1)光电池的工作原理和结构 光电池是一种直接将光能转换为电能的光敏元件 硅光电池结构图 2.7.3.2 光电池及特性 (2)光电池的基本特性 光照特性 、光谱特性 、频率特性 、温度特性

2 硅电池的光照特性 光电池的光谱特性

1 2.7.3.2 光电池及特性 光电池的频率特性 1.硒光电池;

2. 硅光电池;

光电池的温度特性 2.7.3光敏元件及特性 2.7.3.3光敏晶体管(1)光敏二极管结构与光电池相似,有一个PN结. 光敏二极管应工作在反向偏置工作状态无光照时,反向饱和电流极小有光照时,反向饱和电流大大增加(1000倍)光照度与反向饱和电流具有良好的线性 2.7.3光敏元件及特性 2.7.3.3光敏晶体管(2)光电三极管 它有两个PN结,入射光在发射极与基极之间的PN结附近产生光电流 .基极电流为光电流,集电极电流为光电流的β倍,伏安特性与普通三级管相同. 3.7光电式检测元件 3.7.3.4 光电管(1)真空光电管 3.7光电式检测元件 (2)光电倍增管 在光电管的阴极K和阳极A之间安装若干个倍增极D1 D2 …DN ,就构成了光电倍增管. 与普通光电管相比,光电倍增管的灵敏度获得了很大的提高. 光电倍增管原理图 小结 光电子学比电学复杂: